]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blob - src/FDM/IO360.cxx
Renamed /velocities/side-slip-rad to /orientation/side-slip-rad.
[flightgear.git] / src / FDM / IO360.cxx
1 // IO360.cxx - a piston engine model currently for the IO360 engine fitted to the C172
2 //             but with the potential to model other naturally aspirated piston engines
3 //             given appropriate config input.
4 //
5 // Written by David Luff, started 2000.
6 // Based on code by Phil Schubert, started 1999.
7 //
8 // This program is free software; you can redistribute it and/or
9 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
10 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
11 // License, or (at your option) any later version.
12 //
13 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
14 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16 // General Public License for more details.
17 //
18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
19 // along with this program; if not, write to the Free Software
20 // Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
21
22 #include <simgear/compiler.h>
23
24 #include <math.h>
25
26 #include STL_FSTREAM
27 #include STL_IOSTREAM
28
29 SG_USING_STD(cout);
30
31 #include "IO360.hxx"
32 #include "LaRCsim/ls_constants.h"
33
34 #include <Main/fg_props.hxx>
35
36 //*************************************************************************************
37 // Initialise the engine model
38 void FGNewEngine::init(double dt) {
39
40     // These constants should probably be moved eventually
41     CONVERT_CUBIC_INCHES_TO_METERS_CUBED = 1.638706e-5;
42     CONVERT_HP_TO_WATTS = 745.6999;
43
44     // Properties of working fluids
45     Cp_air = 1005;      // J/KgK
46     Cp_fuel = 1700;     // J/KgK
47     calorific_value_fuel = 47.3e6;  // W/Kg  Note that this is only an approximate value
48     rho_fuel = 800;     // kg/m^3 - an estimate for now
49     R_air = 287.3;
50
51     // environment inputs
52     p_amb_sea_level = 101325;   // Pascals              
53
54     // Control inputs  - ARE THESE NEEDED HERE???
55     Throttle_Lever_Pos = 75;
56     Propeller_Lever_Pos = 75;
57     Mixture_Lever_Pos = 100;
58
59     //misc
60     IAS = 0;
61     time_step = dt;
62
63     // Engine Specific Variables that should be read in from a config file
64     MaxHP = 200;    //Lycoming IO360 -A-C-D series
65 //  MaxHP = 180;    //Current Lycoming IO360 ?
66 //  displacement = 520;  //Continental IO520-M
67     displacement = 360;  //Lycoming IO360
68     displacement_SI = displacement * CONVERT_CUBIC_INCHES_TO_METERS_CUBED;
69     engine_inertia = 0.2;  //kgm^2 - value taken from a popular family saloon car engine - need to find an aeroengine value !!!!!
70     prop_inertia = 0.05;  //kgm^2 - this value is a total guess - dcl
71     Max_Fuel_Flow = 130;  // Units??? Do we need this variable any more??
72
73     // Engine specific variables that maybe should be read in from config but are pretty generic and won't vary much for a naturally aspirated piston engine.
74     Max_Manifold_Pressure = 28.50;  //Inches Hg. An approximation - should be able to find it in the engine performance data
75     Min_Manifold_Pressure = 6.5;    //Inches Hg. This is a guess corresponding to approx 0.24 bar MAP (7 in Hg) - need to find some proper data for this
76     Max_RPM = 2700;
77     Min_RPM = 600;                  //Recommended idle from Continental data sheet
78     Mag_Derate_Percent = 5;
79     Gear_Ratio = 1;
80     n_R = 2;         // Number of crank revolutions per power cycle - 2 for a 4 stroke engine.
81
82     // Various bits of housekeeping describing the engines initial state.
83     running = false;
84     cranking = false;
85     crank_counter = false;
86     starter = false;
87
88     // Initialise Engine Variables used by this instance
89     if(running)
90         RPM = 600;
91     else
92         RPM = 0;
93     Percentage_Power = 0;
94     Manifold_Pressure = 29.96; // Inches
95     Fuel_Flow_gals_hr = 0;
96 //    Torque = 0;
97     Torque_SI = 0;
98     CHT = 298.0;                        //deg Kelvin
99     CHT_degF = (CHT_degF * 1.8) - 459.67;       //deg Fahrenheit
100     Mixture = 14;
101     Oil_Pressure = 0;   // PSI
102     Oil_Temp = 85;      // Deg C
103     current_oil_temp = 298.0;   //deg Kelvin
104     /**** one of these is superfluous !!!!***/
105     HP = 0;
106     RPS = 0;
107     Torque_Imbalance = 0;
108
109     // Initialise Propellor Variables used by this instance
110     FGProp1_RPS = 0;
111     // Hardcode propellor for now - the following two should be read from config eventually
112     prop_diameter = 1.8;         // meters
113     blade_angle = 23.0;          // degrees
114 }
115
116 //*****************************************************************************
117 // update the engine model based on current control positions
118 void FGNewEngine::update() {
119
120 /*
121     // Hack for testing - should output every 5 seconds
122     static int count1 = 0;
123     if(count1 == 0) {
124 //      cout << "P_atmos = " << p_amb << "  T_atmos = " << T_amb << '\n';
125 //      cout << "Manifold pressure = " << Manifold_Pressure << "  True_Manifold_Pressure = " << True_Manifold_Pressure << '\n';
126 //      cout << "p_amb_sea_level = " << p_amb_sea_level << '\n';
127 //      cout << "equivalence_ratio = " << equivalence_ratio << '\n';
128 //      cout << "combustion_efficiency = " << combustion_efficiency << '\n';
129 //      cout << "AFR = " << 14.7 / equivalence_ratio << '\n';
130 //      cout << "Mixture lever = " << Mixture_Lever_Pos << '\n';
131 //      cout << "n = " << RPM << " rpm\n";
132 //      cout << "T_amb = " << T_amb << '\n';
133 //      cout << "running = " << running << '\n';
134         cout << "fuel = " << fgGetFloat("/consumables/fuel/tank[0]/level-gal_us") << '\n';
135 //      cout << "Percentage_Power = " << Percentage_Power << '\n';
136 //      cout << "current_oil_temp = " << current_oil_temp << '\n';
137         cout << "EGT = " << EGT << '\n';
138     }
139     count1++;
140     if(count1 == 100)
141         count1 = 0;
142 */
143
144     // Check parameters that may alter the operating state of the engine. 
145     // (spark, fuel, starter motor etc)
146
147     // Check for spark
148     bool Magneto_Left = false;
149     bool Magneto_Right = false;
150     // Magneto positions:
151     // 0 -> off
152     // 1 -> left only
153     // 2 -> right only
154     // 3 -> both
155     if(mag_pos != 0) {
156         spark = true;
157     } else {
158         spark = false;
159     }  // neglects battery voltage, master on switch, etc for now.
160     if((mag_pos == 1) || (mag_pos > 2)) 
161         Magneto_Left = true;
162     if(mag_pos > 1)
163         Magneto_Right = true;
164  
165     // crude check for fuel
166     if((fgGetFloat("/consumables/fuel/tank[0]/level-gal_us") > 0) || (fgGetFloat("/consumables/fuel/tank[1]/level-gal_us") > 0)) {
167         fuel = true;
168     } else {
169         fuel = false;
170     }  // Need to make this better, eg position of fuel selector switch.
171
172     // Check if we are turning the starter motor
173     if(cranking != starter) {
174         // This check saves .../cranking from getting updated every loop - they only update when changed.
175         cranking = starter;
176         crank_counter = 0;
177     }
178     // Note that although /engines/engine[0]/starter and /engines/engine[0]/cranking might appear to be duplication it is
179     // not since the starter may be engaged with the battery voltage too low for cranking to occur (or perhaps the master 
180     // switch just left off) and the sound manager will read .../cranking to determine wether to play a cranking sound.
181     // For now though none of that is implemented so cranking can be set equal to .../starter without further checks.
182
183 //    int Alternate_Air_Pos =0; // Off = 0. Reduces power by 3 % for same throttle setting
184     // DCL - don't know what this Alternate_Air_Pos is - this is a leftover from the Schubert code.
185
186     //Check mode of engine operation
187     if(cranking) {
188         crank_counter++;
189         if(RPM <= 480) {
190             RPM += 100;
191             if(RPM > 480)
192                 RPM = 480;
193         } else {
194             // consider making a horrible noise if the starter is engaged with the engine running
195         }
196     }
197     if((!running) && (spark) && (fuel) && (crank_counter > 120)) {
198         // start the engine if revs high enough
199         if(RPM > 450) {
200             // For now just instantaneously start but later we should maybe crank for a bit
201             running = true;
202 //          RPM = 600;
203         }
204     }
205     if( (running) && ((!spark)||(!fuel)) ) {
206         // Cut the engine
207         // note that we only cut the power - the engine may continue to spin if the prop is in a moving airstream
208         running = false;
209     }
210
211     // Now we've ascertained whether the engine is running or not we can start to do the engine calculations 'proper'
212
213     // Calculate Sea Level Manifold Pressure
214     Manifold_Pressure = Calc_Manifold_Pressure( Throttle_Lever_Pos, Max_Manifold_Pressure, Min_Manifold_Pressure );
215     // cout << "manifold pressure = " << Manifold_Pressure << endl;
216
217     //Then find the actual manifold pressure (the calculated one is the sea level pressure)
218     True_Manifold_Pressure = Manifold_Pressure * p_amb / p_amb_sea_level;
219
220     //Do the fuel flow calculations
221     Calc_Fuel_Flow_Gals_Hr();
222
223     //Calculate engine power
224     Calc_Percentage_Power(Magneto_Left, Magneto_Right);
225     HP = Percentage_Power * MaxHP / 100.0;
226     Power_SI = HP * CONVERT_HP_TO_WATTS;
227
228     // FMEP calculation.  For now we will just use this during motored operation.
229     // Eventually we will calculate IMEP and use the FMEP all the time to give BMEP (maybe!)
230     if(!running) {
231         // This FMEP data is from the Patton paper, assumes fully warm conditions.
232         FMEP = 1e-12*pow(RPM,4) - 1e-8*pow(RPM,3) + 5e-5*pow(RPM,2) - 0.0722*RPM + 154.85;
233         // Gives FMEP in kPa - now convert to Pa
234         FMEP *= 1000;
235     } else {
236         FMEP = 0.0;
237     }
238     // Is this total FMEP or friction FMEP ???
239
240     Torque_FMEP = (FMEP * displacement_SI) / (2.0 * LS_PI * n_R);
241
242     // Calculate Engine Torque. Check for div by zero since percentage power correlation does not guarantee zero power at zero rpm.
243     // However this is problematical since there is a resistance to movement even at rest
244     // Ie this is a dynamics equation not a statics one.  This can be solved by going over to MEP based torque calculations.
245     if(RPM == 0) {
246         Torque_SI = 0 - Torque_FMEP;
247     }
248     else {
249         Torque_SI = ((Power_SI * 60.0) / (2.0 * LS_PI * RPM)) - Torque_FMEP;  //Torque = power / angular velocity
250         // cout << Torque << " Nm\n";
251     }
252
253     //Calculate Exhaust gas temperature
254     if(running)
255         Calc_EGT();
256     else
257         EGT = 298.0;
258
259     // Calculate Cylinder Head Temperature
260     Calc_CHT();
261     
262     // Calculate oil temperature
263     current_oil_temp = Calc_Oil_Temp(current_oil_temp);
264     
265     // Calculate Oil Pressure
266     Oil_Pressure = Calc_Oil_Press( Oil_Temp, RPM );
267     
268     // Now do the Propeller Calculations
269     Do_Prop_Calcs();
270     
271 // Now do the engine - prop torque balance to calculate final RPM
272     
273     //Calculate new RPM from torque balance and inertia.
274     Torque_Imbalance = Torque_SI - prop_torque;  //This gives a +ve value when the engine torque exeeds the prop torque
275     // (Engine torque is +ve when it acts in the direction of engine revolution, prop torque is +ve when it opposes the direction of engine revolution)
276     
277     angular_acceleration = Torque_Imbalance / (engine_inertia + prop_inertia);
278     angular_velocity_SI += (angular_acceleration * time_step);
279     // Don't let the engine go into reverse
280     if(angular_velocity_SI < 0)
281         angular_velocity_SI = 0;
282     RPM = (angular_velocity_SI * 60) / (2.0 * LS_PI);
283
284     // And finally a last check on the engine state after doing the torque balance with the prop - have we stalled?
285     if(running) { 
286         //Check if we have stalled the engine
287         if (RPM == 0) {
288             running = false;
289         } else if((RPM <= 480) && (cranking)) {
290             //Make sure the engine noise dosn't play if the engine won't start due to eg mixture lever pulled out.
291             running = false;
292             EGT = 298.0;
293         }
294     }
295
296     // And finally, do any unit conversions from internal units to output units
297     EGT_degF = (EGT * 1.8) - 459.67;
298     CHT_degF = (CHT * 1.8) - 459.67;
299 }
300
301 //*****************************************************************************************************
302
303 // FGNewEngine member functions
304
305 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
306 // Return the combustion efficiency as a function of equivalence ratio
307 //
308 // Combustion efficiency values from Heywood, 
309 // "Internal Combustion Engine Fundamentals", ISBN 0-07-100499-8
310 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
311 float FGNewEngine::Lookup_Combustion_Efficiency(float thi_actual)
312 {
313     const int NUM_ELEMENTS = 11;
314     float thi[NUM_ELEMENTS] = {0.0, 0.9, 1.0, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6};  //array of equivalence ratio values
315     float neta_comb[NUM_ELEMENTS] = {0.98, 0.98, 0.97, 0.95, 0.9, 0.85, 0.79, 0.7, 0.63, 0.57, 0.525};  //corresponding array of combustion efficiency values
316     float neta_comb_actual = 0.0f;
317     float factor;
318
319     int i;
320     int j = NUM_ELEMENTS;  //This must be equal to the number of elements in the lookup table arrays
321
322     for(i=0;i<j;i++)
323     {
324         if(i == (j-1)) {
325             // Assume linear extrapolation of the slope between the last two points beyond the last point
326             float dydx = (neta_comb[i] - neta_comb[i-1]) / (thi[i] - thi[i-1]);
327             neta_comb_actual = neta_comb[i] + dydx * (thi_actual - thi[i]);
328             return neta_comb_actual;
329         }
330         if(thi_actual == thi[i]) {
331             neta_comb_actual = neta_comb[i];
332             return neta_comb_actual;
333         }
334         if((thi_actual > thi[i]) && (thi_actual < thi[i + 1])) {
335             //do linear interpolation between the two points
336             factor = (thi_actual - thi[i]) / (thi[i+1] - thi[i]);
337             neta_comb_actual = (factor * (neta_comb[i+1] - neta_comb[i])) + neta_comb[i];
338             return neta_comb_actual;
339         }
340     }
341
342     //if we get here something has gone badly wrong
343     cout << "ERROR: error in FGNewEngine::Lookup_Combustion_Efficiency\n";
344     return neta_comb_actual;
345 }
346
347 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
348 // Return the percentage of best mixture power available at a given mixture strength
349 //
350 // Based on data from "Technical Considerations for Catalysts for the European Market"
351 // by H S Gandi, published 1988 by IMechE
352 //
353 // Note that currently no attempt is made to set a lean limit on stable combustion
354 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
355 float FGNewEngine::Power_Mixture_Correlation(float thi_actual)
356 {
357     float AFR_actual = 14.7 / thi_actual;
358     // thi and thi_actual are equivalence ratio
359     const int NUM_ELEMENTS = 13;
360     // The lookup table is in AFR because the source data was.  I added the two end elements to make sure we are almost always in it.
361     float AFR[NUM_ELEMENTS] = {(14.7/1.6), 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, (14.7/0.6)};  //array of equivalence ratio values
362     float mixPerPow[NUM_ELEMENTS] = {78, 86, 93.5, 98, 100, 99, 96.4, 92.5, 88, 83, 78.5, 74, 58};  //corresponding array of combustion efficiency values
363     float mixPerPow_actual = 0.0f;
364     float factor;
365     float dydx;
366
367     int i;
368     int j = NUM_ELEMENTS;  //This must be equal to the number of elements in the lookup table arrays
369
370     for(i=0;i<j;i++)
371     {
372         if(i == (j-1)) {
373             // Assume linear extrapolation of the slope between the last two points beyond the last point
374             dydx = (mixPerPow[i] - mixPerPow[i-1]) / (AFR[i] - AFR[i-1]);
375             mixPerPow_actual = mixPerPow[i] + dydx * (AFR_actual - AFR[i]);
376             return mixPerPow_actual;
377         }
378         if((i == 0) && (AFR_actual < AFR[i])) {
379             // Assume linear extrapolation of the slope between the first two points for points before the first point
380             dydx = (mixPerPow[i] - mixPerPow[i-1]) / (AFR[i] - AFR[i-1]);
381             mixPerPow_actual = mixPerPow[i] + dydx * (AFR_actual - AFR[i]);
382             return mixPerPow_actual;
383         }
384         if(AFR_actual == AFR[i]) {
385             mixPerPow_actual = mixPerPow[i];
386             return mixPerPow_actual;
387         }
388         if((AFR_actual > AFR[i]) && (AFR_actual < AFR[i + 1])) {
389             //do linear interpolation between the two points
390             factor = (AFR_actual - AFR[i]) / (AFR[i+1] - AFR[i]);
391             mixPerPow_actual = (factor * (mixPerPow[i+1] - mixPerPow[i])) + mixPerPow[i];
392             return mixPerPow_actual;
393         }
394     }
395
396     //if we get here something has gone badly wrong
397     cout << "ERROR: error in FGNewEngine::Power_Mixture_Correlation\n";
398     return mixPerPow_actual;
399 }
400
401 // Calculate Cylinder Head Temperature
402 // Crudely models the cylinder head as an arbitary lump of arbitary size and area with one third of combustion energy
403 // as heat input and heat output as a function of airspeed and temperature.  Could be improved!!!
404 void FGNewEngine::Calc_CHT()
405 {
406     float h1 = -95.0;   //co-efficient for free convection
407     float h2 = -3.95;   //co-efficient for forced convection
408     float h3 = -0.05;   //co-efficient for forced convection due to prop backwash
409     float v_apparent;   //air velocity over cylinder head in m/s
410     float v_dot_cooling_air;
411     float m_dot_cooling_air;
412     float temperature_difference;
413     float arbitary_area = 1.0;
414     float dqdt_from_combustion;
415     float dqdt_forced;      //Rate of energy transfer to/from cylinder head due to forced convection (Joules) (sign convention: to cylinder head is +ve)
416     float dqdt_free;        //Rate of energy transfer to/from cylinder head due to free convection (Joules) (sign convention: to cylinder head is +ve)
417     float dqdt_cylinder_head;       //Overall energy change in cylinder head
418     float CpCylinderHead = 800.0;   //FIXME - this is a guess - I need to look up the correct value
419     float MassCylinderHead = 8.0;   //Kg - this is a guess - it dosn't have to be absolutely accurate but can be varied to alter the warm-up rate
420     float HeatCapacityCylinderHead;
421     float dCHTdt;
422
423     // The above values are hardwired to give reasonable results for an IO360 (C172 engine)
424     // Now adjust to try to compensate for arbitary sized engines - this is currently untested
425     arbitary_area *= (MaxHP / 180.0);
426     MassCylinderHead *= (MaxHP / 180.0);
427
428     temperature_difference = CHT - T_amb;
429
430     v_apparent = IAS * 0.5144444;  //convert from knots to m/s
431     v_dot_cooling_air = arbitary_area * v_apparent;
432     m_dot_cooling_air = v_dot_cooling_air * rho_air;
433
434     //Calculate rate of energy transfer to cylinder head from combustion
435     dqdt_from_combustion = m_dot_fuel * calorific_value_fuel * combustion_efficiency * 0.33;
436     
437     //Calculate rate of energy transfer from cylinder head due to cooling  NOTE is calculated as rate to but negative
438     dqdt_forced = (h2 * m_dot_cooling_air * temperature_difference) + (h3 * RPM * temperature_difference);
439     dqdt_free = h1 * temperature_difference;
440     
441     //Calculate net rate of energy transfer to or from cylinder head
442     dqdt_cylinder_head = dqdt_from_combustion + dqdt_forced + dqdt_free;
443     
444     HeatCapacityCylinderHead = CpCylinderHead * MassCylinderHead;
445     
446     dCHTdt = dqdt_cylinder_head / HeatCapacityCylinderHead;
447     
448     CHT += (dCHTdt * time_step);
449 }
450
451 // Calculate exhaust gas temperature
452 void FGNewEngine::Calc_EGT()
453 {
454     combustion_efficiency = Lookup_Combustion_Efficiency(equivalence_ratio);  //The combustion efficiency basically tells us what proportion of the fuels calorific value is released
455
456     //now calculate energy release to exhaust
457     //We will assume a three way split of fuel energy between useful work, the coolant system and the exhaust system
458     //This is a reasonable first suck of the thumb estimate for a water cooled automotive engine - whether it holds for an air cooled aero engine is probably open to question
459     //Regardless - it won't affect the variation of EGT with mixture, and we can always put a multiplier on EGT to get a reasonable peak value.
460     enthalpy_exhaust = m_dot_fuel * calorific_value_fuel * combustion_efficiency * 0.33;
461     heat_capacity_exhaust = (Cp_air * m_dot_air) + (Cp_fuel * m_dot_fuel);
462     delta_T_exhaust = enthalpy_exhaust / heat_capacity_exhaust;
463
464     EGT = T_amb + delta_T_exhaust;
465
466     //The above gives the exhaust temperature immediately prior to leaving the combustion chamber
467     //Now derate to give a more realistic figure as measured downstream
468     //For now we will aim for a peak of around 400 degC (750 degF)
469
470     EGT *= 0.444 + ((0.544 - 0.444) * Percentage_Power / 100.0);
471 }
472
473 // Calculate Manifold Pressure based on Throttle lever Position
474 float FGNewEngine::Calc_Manifold_Pressure ( float LeverPosn, float MaxMan, float MinMan)
475 {
476     float Inches;
477
478     //Note that setting the manifold pressure as a function of lever position only is not strictly accurate
479     //MAP is also a function of engine speed. (and ambient pressure if we are going for an actual MAP model)
480     Inches = MinMan + (LeverPosn * (MaxMan - MinMan) / 100);
481
482     //allow for idle bypass valve or slightly open throttle stop
483     if(Inches < MinMan)
484         Inches = MinMan;
485
486     //Check for stopped engine (crudest way of compensating for engine speed)
487     if(RPM == 0)
488         Inches = 29.92;
489
490     return Inches;
491 }
492
493 // Calculate fuel flow in gals/hr
494 void FGNewEngine::Calc_Fuel_Flow_Gals_Hr()
495 {
496     //DCL - calculate mass air flow into engine based on speed and load - separate this out into a function eventually
497     //t_amb is actual temperature calculated from altitude
498     //calculate density from ideal gas equation
499     rho_air = p_amb / ( R_air * T_amb );
500     rho_air_manifold = rho_air * Manifold_Pressure / 29.6;  //This is a bit of a roundabout way of calculating this but it works !!  If we put manifold pressure into SI units we could do it simpler.
501     //calculate ideal engine volume inducted per second
502     swept_volume = (displacement_SI * (RPM / 60)) / 2;  //This equation is only valid for a four stroke engine
503     //calculate volumetric efficiency - for now we will just use 0.8, but actually it is a function of engine speed and the exhaust to manifold pressure ratio
504     //Note that this is cylinder vol eff - the throttle drop is already accounted for in the MAP calculation
505     volumetric_efficiency = 0.8;
506     //Now use volumetric efficiency to calculate actual air volume inducted per second
507     v_dot_air = swept_volume * volumetric_efficiency;
508     //Now calculate mass flow rate of air into engine
509     m_dot_air = v_dot_air * rho_air_manifold;
510
511 //**************
512
513     //DCL - now calculate fuel flow into engine based on air flow and mixture lever position
514     //assume lever runs from no flow at fully out to thi = 1.3 at fully in at sea level
515     //also assume that the injector linkage is ideal - hence the set mixture is maintained at a given altitude throughout the speed and load range
516     thi_sea_level = 1.3 * ( Mixture_Lever_Pos / 100.0 );
517     equivalence_ratio = thi_sea_level * p_amb_sea_level / p_amb; //ie as we go higher the mixture gets richer for a given lever position
518     m_dot_fuel = m_dot_air / 14.7 * equivalence_ratio;
519     Fuel_Flow_gals_hr = (m_dot_fuel / rho_fuel) * 264.172 * 3600.0;  // Note this assumes US gallons
520 }
521
522 // Calculate the percentage of maximum rated power delivered as a function of Manifold pressure multiplied by engine speed (rpm)
523 // This is not necessarilly the best approach but seems to work for now.
524 // May well need tweaking at the bottom end if the prop model is changed.
525 void FGNewEngine::Calc_Percentage_Power(bool mag_left, bool mag_right)
526 {
527     // For a given Manifold Pressure and RPM calculate the % Power
528     // Multiply Manifold Pressure by RPM
529     float ManXRPM = True_Manifold_Pressure * RPM;
530
531 /*
532 //  Phil's %power correlation
533     //  Calculate % Power
534     Percentage_Power = (+ 7E-09 * ManXRPM * ManXRPM) + ( + 7E-04 * ManXRPM) - 0.1218;
535     // cout << Percentage_Power <<  "%" << "\t";
536 */
537
538 // DCL %power correlation - basically Phil's correlation modified to give slighty less power at the low end
539 // might need some adjustment as the prop model is adjusted
540 // My aim is to match the prop model and engine model at the low end to give the manufacturer's recommended idle speed with the throttle closed - 600rpm for the Continental IO520
541     //  Calculate % Power for Nev's prop model
542     //Percentage_Power = (+ 6E-09 * ManXRPM * ManXRPM) + ( + 8E-04 * ManXRPM) - 1.8524;
543
544     // Calculate %power for DCL prop model
545     Percentage_Power = (7e-9 * ManXRPM * ManXRPM) + (7e-4 * ManXRPM) - 1.0;
546
547     // Power de-rating for altitude has been removed now that we are basing the power
548     // on the actual manifold pressure, which takes air pressure into account.  However - this fails to
549     // take the temperature into account - this is TODO.
550
551     // Adjust power for temperature - this is temporary until the power is done as a function of mass flow rate induced
552     // Adjust for Temperature - Temperature above Standard decrease
553     // power by 7/120 % per degree F increase, and incease power for
554     // temps below at the same ratio
555     float T_amb_degF = (T_amb * 1.8) - 459.67;
556     float T_amb_sea_lev_degF = (288 * 1.8) - 459.67; 
557     Percentage_Power = Percentage_Power + ((T_amb_sea_lev_degF - T_amb_degF) * 7 /120);
558
559     //DCL - now adjust power to compensate for mixture
560     Percentage_of_best_power_mixture_power = Power_Mixture_Correlation(equivalence_ratio);
561     Percentage_Power = Percentage_Power * Percentage_of_best_power_mixture_power / 100.0;
562
563     // Now Derate engine for the effects of Bad/Switched off magnetos
564     //if (Magneto_Left == 0 && Magneto_Right == 0) {
565     if(!running) {
566         // cout << "Both OFF\n";
567         Percentage_Power = 0;
568     } else if (mag_left && mag_right) {
569         // cout << "Both On    ";
570     } else if (mag_left == 0 || mag_right== 0) {
571         // cout << "1 Magneto Failed   ";
572         Percentage_Power = Percentage_Power * ((100.0 - Mag_Derate_Percent)/100.0);
573         //  cout << FGEng1_Percentage_Power <<  "%" << "\t";
574     }
575 /*
576     //DCL - stall the engine if RPM drops below 450 - this is possible if mixture lever is pulled right out
577     //This is a kludge that I should eliminate by adding a total fmep estimation.
578     if(RPM < 450)
579         Percentage_Power = 0;
580 */
581     if(Percentage_Power < 0)
582         Percentage_Power = 0;
583 }
584
585 // Calculate Oil Temperature in degrees Kelvin
586 float FGNewEngine::Calc_Oil_Temp (float oil_temp)
587 {
588     float idle_percentage_power = 2.3;  // approximately
589     float target_oil_temp;          // Steady state oil temp at the current engine conditions
590     float time_constant;            // The time constant for the differential equation
591     if(running) {
592         target_oil_temp = 363;
593         time_constant = 500;        // Time constant for engine-on idling.
594         if(Percentage_Power > idle_percentage_power) {
595             time_constant /= ((Percentage_Power / idle_percentage_power) / 10.0);       // adjust for power 
596         }
597     } else {
598         target_oil_temp = 298;
599         time_constant = 1000;  // Time constant for engine-off; reflects the fact that oil is no longer getting circulated
600     }
601
602     float dOilTempdt = (target_oil_temp - oil_temp) / time_constant;
603
604     oil_temp += (dOilTempdt * time_step);
605
606     return (oil_temp);
607 }
608
609 // Calculate Oil Pressure
610 float FGNewEngine::Calc_Oil_Press (float Oil_Temp, float Engine_RPM)
611 {
612     float Oil_Pressure = 0;                     //PSI
613     float Oil_Press_Relief_Valve = 60;  //PSI
614     float Oil_Press_RPM_Max = 1800;
615     float Design_Oil_Temp = 85;         //Celsius
616     float Oil_Viscosity_Index = 0.25;   // PSI/Deg C
617 //    float Temp_Deviation = 0;         // Deg C
618
619     Oil_Pressure = (Oil_Press_Relief_Valve / Oil_Press_RPM_Max) * Engine_RPM;
620
621     // Pressure relief valve opens at Oil_Press_Relief_Valve PSI setting
622     if (Oil_Pressure >= Oil_Press_Relief_Valve) {
623         Oil_Pressure = Oil_Press_Relief_Valve;
624     }
625
626     // Now adjust pressure according to Temp which affects the viscosity
627
628     Oil_Pressure += (Design_Oil_Temp - Oil_Temp) * Oil_Viscosity_Index;
629
630     return Oil_Pressure;
631 }
632
633
634 // Propeller calculations.
635 void FGNewEngine::Do_Prop_Calcs()
636 {
637     float Gear_Ratio = 1.0;
638     float forward_velocity;             // m/s
639     float prop_power_consumed_SI;       // Watts
640     double J;                           // advance ratio - dimensionless
641     double Cp_20;                   // coefficient of power for 20 degree blade angle
642     double Cp_25;                   // coefficient of power for 25 degree blade angle
643     double Cp;                      // Our actual coefficient of power
644     double neta_prop_20;
645     double neta_prop_25;
646     double neta_prop;               // prop efficiency
647
648     FGProp1_RPS = RPM * Gear_Ratio / 60.0; 
649     angular_velocity_SI = 2.0 * LS_PI * RPM / 60.0;
650     forward_velocity = IAS * 0.514444444444;        // Convert to m/s
651     
652     if(FGProp1_RPS == 0)
653         J = 0;
654     else
655         J = forward_velocity / (FGProp1_RPS * prop_diameter);
656     //cout << "advance_ratio = " << J << '\n';
657     
658     //Cp correlations based on data from McCormick
659     Cp_20 = 0.0342*J*J*J*J - 0.1102*J*J*J + 0.0365*J*J - 0.0133*J + 0.064;
660     Cp_25 = 0.0119*J*J*J*J - 0.0652*J*J*J + 0.018*J*J - 0.0077*J + 0.0921;
661     
662     //cout << "Cp_20 = " << Cp_20 << '\n';
663     //cout << "Cp_25 = " << Cp_25 << '\n';
664     
665     //Assume that the blade angle is between 20 and 25 deg - reasonable for fixed pitch prop but won't hold for variable one !!!
666     Cp = Cp_20 + ( (Cp_25 - Cp_20) * ((blade_angle - 20)/(25 - 20)) );
667     //cout << "Cp = " << Cp << '\n';
668     //cout << "RPM = " << RPM << '\n';
669     //cout << "angular_velocity_SI = " << angular_velocity_SI << '\n';
670     
671     prop_power_consumed_SI = Cp * rho_air * pow(FGProp1_RPS,3.0f) * pow(float(prop_diameter),5.0f);
672     //cout << "prop HP consumed = " << prop_power_consumed_SI / 745.699 << '\n';
673     if(angular_velocity_SI == 0)
674         prop_torque = 0;
675         // However this can give problems - if rpm == 0 but forward velocity increases the prop should be able to generate a torque to start the engine spinning
676         // Unlikely to happen in practice - but I suppose someone could move the lever of a stopped large piston engine from feathered to windmilling.
677         // This *does* give problems - if the plane is put into a steep climb whilst windmilling the engine friction will eventually stop it spinning.
678         // When put back into a dive it never starts re-spinning again.  Although it is unlikely that anyone would do this in real life, they might well do it in a sim!!!
679     else
680         prop_torque = prop_power_consumed_SI / angular_velocity_SI;
681     
682     // calculate neta_prop here
683     neta_prop_20 = 0.1328*J*J*J*J - 1.3073*J*J*J + 0.3525*J*J + 1.5591*J + 0.0007;
684     neta_prop_25 = -0.3121*J*J*J*J + 0.4234*J*J*J - 0.7686*J*J + 1.5237*J - 0.0004;
685     neta_prop = neta_prop_20 + ( (neta_prop_25 - neta_prop_20) * ((blade_angle - 20)/(25 - 20)) );
686     
687     // Check for zero forward velocity to avoid divide by zero
688     if(forward_velocity < 0.0001)
689         prop_thrust = 0.0;
690         // I don't see how this works - how can the plane possibly start from rest ???
691         // Hmmmm - it works because the forward_velocity at present never drops below about 0.03 even at rest
692         // We can't really rely on this in the future - needs fixing !!!!
693         // The problem is that we're doing this calculation backwards - we're working out the thrust from the power consumed and the velocity, which becomes invalid as velocity goes to zero.
694         // It would be far more natural to work out the power consumed from the thrust - FIXME!!!!!.
695     else
696         prop_thrust = neta_prop * prop_power_consumed_SI / forward_velocity;       //TODO - rename forward_velocity to IAS_SI
697     //cout << "prop_thrust = " << prop_thrust << '\n';
698 }